DE102012222868A1

DE102012222868A1 - Diagnose der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102012222868A1
Application number: DE201210222868
Authority: DE
Inventors: Jaroslav Lipa
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2014-06-12
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: DE102012222868B4

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems (120) einer Brennkraftmaschine (104) beschrieben, welches eine Luftpumpe (122), einen Luftdrucksensor (124) und ein Ventil (126) aufweist. Das Verfahren umfasst ein sequentielles Betreiben des Sekundärluftsystems (120) in einem ersten Betriebszustand, in einem zweiten Betriebszustand und in einem dritten Betriebszustand. Während des sequentiellen Betriebs werden folgende Schritte ausgeführt: (a) Messen des zeitlichen Verlaufs des Drucks in dem Sekundärluftsystem (120) mit dem Luftdrucksensor (124), (b) Berechnen des zeitlichen Verlaufs eines Formfaktors (FF) basierend auf dem zeitlichen Verlauf eines gemessenen Drucksignals, welches von dem Luftdrucksensor (124) ausgegeben wird, (c) Ermitteln des zeitlichen Verlaufs einer Signalleistung (Ps) basierend auf dem zeitlichen Verlauf des Drucksignals, (d) Modellieren des zeitlichen Verlaufs einer Modell-Signalleistung (Pm) basierend auf zumindest einer Größe, welche den Betriebszustand der Brennkraftmaschine (104) charakterisiert, (e) Berechnen des zeitlichen Verlaufs eines Leistungsfaktors (PF) basierend auf der ermittelten Signalleistung (Ps) und auf der modellierten Modell-Signalleistung (Pm), und (f) Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems (120) basierend auf dem zeitlichen Verlauf des Formfaktors (FF) und dem zeitlichen Verlauf des Leistungsfaktors (PF).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der Diagnoseverfahren für Brennkraftmaschinen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems einer Brennkraftmaschine. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Motorsteuerung mit einer derartigen Vorrichtung sowie ein Computerprogramm zum Durchführen eines derartigen Verfahrens.
Schadstoffemissionen eines Ottomotors können durch eine katalytische Nachbehandlung in einem Abgaskatalysator reduziert werden. Um korrekt arbeiten zu können, muss der Abgaskatalysator eine bestimmte Betriebstemperatur erreichen, welche insbesondere in der Startphase des Ottomotors noch nicht erreicht ist. Da jedoch in der Praxis ein Großteil der Schadstoffemission dadurch verursacht wird, dass der entsprechende Abgaskatalysator noch nicht seine Betriebstemperatur erreicht hat, ist es erforderlich, für ein schnelles Erreichen der bestimmten Betriebstemperatur des Abgaskatalysators zu sorgen.
Eine schnellere Aufheizung des Abgaskatalysators kann in bekannter Weise mittels Einblasens von Sekundärluft stromabwärts der Auslassventile in den Abgastrakt der Brennkraftmaschine erreicht werden. Dazu wird ein sog. Sekundärluftsystem verwendet, welches eine Luftpumpe und ein Ventil aufweist. Die Luftpumpe wird häufig auch als Sekundärluftpumpe bezeichnet. Das Ventil wird häufig auch als Sekundärluftventil bezeichnet. Die Luftpumpe fördert Luft (Sekundärluft), die bei geöffnetem Ventil stromabwärts der Auslassventile der Brennkraftmaschine dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
Eine exotherme Reaktion dieser Sekundärluft mit unverbranntem Kraftstoff im heißen Abgas und dessen weitere Oxidation vor und in dem Abgaskatalysator führen zu einer beschleunigten Aufheizung des Abgaskatalysators auf seine Betriebstemperatur. Als Folge werden die Schadstoffemissionen in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine reduziert.
Aufgrund von gesetzgeberischen Forderungen muss die Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems während seines Betriebes überwacht werden.
Aus der DE 10 2007 062 794 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose eines Sekundärluftsystems bekannt, mit dem (a) eine Undichtigkeit in einem Abgasabschnitt stromabwärts des Sekundärluftventils erkannt werden kann und (b) signifikante Fehler zwischen der Sekundärluftpumpe und dem Sekundärluftventil detektiert werden können. Die Detektionsstrategie dieses bekannten Verfahrens besteht insbesondere darin, dass Druckschwankungen bzw. Druckpulsationen, die durch das Öffnen und Schließen von Auslassventilen der betreffenden Brennkraftmaschine erzeugt werden, im Falle einer Leckage zwischen der Brennkraftmaschine und dem Sekundärluftventil reduziert sind. Damit werden die Druckabweichungen von einem Mittelwert kleiner als bei einem Sekundärluftsystem frei von einer Leckage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Diagnose der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen, weitere Merkmale und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der Vorrichtung, der Motorsteuerung sowie dem Computerprogramm, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung dieser Erfindung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems einer Brennkraftmaschine beschrieben, welches eine Luftpumpe, einen Luftdrucksensor und ein Ventil aufweist, mittels welchem das Sekundärluftsystem mit einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine verbindbar ist. Das beschriebene Verfahren weist auf ein sequentielles Betreiben des Sekundärluftsystems in einem ersten Betriebszustand, in einem zweiten Betriebszustand und in einem dritten Betriebszustand. Während des sequentiellen Betriebs des Sekundärluftsystems werden folgende Schritte ausgeführt: (a) Messen des zeitlichen Verlaufs des Drucks in dem Sekundärluftsystem mit dem Luftdrucksensor, (b) Berechnen des zeitlichen Verlaufs eines Formfaktors basierend auf dem zeitlichen Verlauf eines gemessenen Drucksignals, welches von dem Luftdrucksensor ausgegeben wird, (c) Ermitteln des zeitlichen Verlaufs einer Signalleistung basierend auf dem zeitlichen Verlauf des gemessenen Drucksignals, (d) Modellieren des zeitlichen Verlaufs einer Modell-Signalleistung basierend auf zumindest einer Größe, welche den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisiert, (e) Berechnen des zeitlichen Verlaufs eines Leistungsfaktors basierend (a) auf der ermittelten Signalleistung und (b) auf der modellierten Modell-Signalleistung, und (f) Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems basierend auf dem zeitlichen Verlauf des Formfaktors und dem zeitlichen Verlauf des Leistungsfaktors.
Dem beschriebenen Diagnoseverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei Verwendung eines Formfaktors und eines Leistungsfaktors, welche beide basierend auf dem zeitlichen Verlauf des Drucks in dem Sekundärluftsystem errechnet werden, eine umfangreiche Systemdiagnose in Hinblick auf unterschiedliche mögliche Fehler des Sekundärluftsystems während des normalen Systembetriebs und insbesondere unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine durchgeführt werden kann. Im Vergleich zu bekannten Diagnoseprinzipien, welche auf den Ausgangs- und/oder Regelsignalen einer in dem Abgastrakt befindlichen Lambdasonde basieren, kann bei dem in diesem Dokument beschriebenen Diagnoseverfahren unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine mit der Systemdiagnose begonnen werden, welche auch gleich wichtige Erkenntnisse betreffend die Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems, insbesondere die Funktionsfähigkeit von Luftpumpe und Ventil, liefert. Es ist also nicht mehr notwendig zu warten, bis die Lambdasonde betriebsbereit ist.
Die verschiedenen Betriebszustände können sich insbesondere dadurch unterscheiden, dass die Luftpumpe und das Ventil unterschiedliche Zustände annehmen sollen. Insbesondere kann es sein, dass die Luftpumpe angeschaltet oder ausgeschaltet sein soll und/oder dass das Ventil offen oder geschlossen sein soll.
Das beschriebene Diagnoseverfahren erlaubt es zwischen verschiedenen Fehlerarten des Sekundärluftsystems zu unterscheiden. Folgende Fehler können grundsätzlich bei einem Sekundärluftsystem auftreten: (A) Die Luftpumpe startet bei einer Aktivierung nicht oder sie schaltet bei einer Deaktivierung nicht ab. (B) Das geschlossene Ventil öffnet sich nicht oder das offene Ventil schließt sich trotz einer entsprechenden Ansteuerung nicht. (C) Das Sekundärluftsystem weist eine Leckage oder eine Blockade auf.
Das beschriebene Drucksignal kann eine elektrische Ausgangsgröße des Luftdrucksensors sein. Die elektrische Ausgangsgröße kann insbesondere eine elektrische Spannung sein.
Im Einklang mit üblichen Konventionen im Bereich der Elektrotechnik ist in diesem Dokument unter dem Begriff "Formfaktor" das Verhältnis von einem Effektivwert zu einem Gleichrichtwert eines zeitlich veränderlichen Signals, hier der zeitliche Verlauf des gemessenen Drucksignal, zu verstehen. Demzufolge ist der Formfaktor für ein zeitlich konstantes Signal gleich eins (FF = 1). Je stärker der Anteil der zeitlich veränderlichen Signalanteile und je größer deren Frequenz ist, des größer wird in bekannter Weise der Wert des Formfaktors.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Berechnen des zeitlichen Verlaufs des Formfaktors auf: (a) Berechnen des zeitlichen Verlaufs eines zeitlichen Mittelwertes des gemessenen Drucksignals und (b) Berechnen des zeitlichen Verlaufs eines Effektivwertes der Signalleistung, wobei sich der zeitliche Verlauf des Formfaktors aus dem zeitlichen Verlauf des zeitlichen Mittelwertes des gemessenen Drucksignals und dem zeitlichen Verlauf des Effektivwertes der Signalleistung ergibt.
Der zeitliche Mittelwert des gemessenen Drucksignals kann insbesondere ein sog. gleitender Mittelwert (Englisch: moving average) des gemessenen Drucksignals sein. Dabei wird jeweils der Mittelwert aus einer Mehrzahl von Messwerten berechnet, welche gerade in einem Datenpuffer gespeichert sind. Sobald ein neuer Messwert des Drucksignals hinzukommt, wird der aktuell älteste Messwert der gespeicherten Messwerte aus dem Datenpuffer entfernt und bei der nächsten Berechnung des gleitenden Mittelwerts nicht mehr berücksichtigt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung liegen bei einem fehlerfreien Sekundärluftsystem folgende Betriebszustände vor: (a) In dem ersten Betriebszustand ist die Luftpumpe in Betrieb und das Ventil ist geöffnet, (b) in dem zweiten Betriebszustand ist die Luftpumpe in Betrieb und das Ventil ist geschlossen, und (c) in dem dritten Betriebszustand ist die Luftpumpe außer Betrieb und das Ventil ist geschlossen. Dies hat den Vorteil, dass bei dem sequentiellen Betreiben des Sekundärluftsystems gerade diejenigen Betriebszustände durchlaufen werden, welche zu einem zeitlichen Verlauf des Leistungsfaktors und zu einem zeitlichen Verlauf des Formfaktors führen, anhand welcher eine spezifische Diagnose der Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems durchgeführt werden kann. Dabei ist unter dem Begriff "spezifische Diagnose" zu verstehen, dass diagnostiziert werden kann, welche der Komponenten des Sekundärluftsystems defekt sind. Die entsprechenden Fehlerarten wurden bereits vorstehend beschrieben und werden an dieser Stelle nicht noch einmal erläutert.
In dem ersten Betriebszustand, bei dem die Luftpumpe läuft und das Ventil geöffnet ist, wird Sekundärluft in den Abgastrakt eingespeist. Das Sekundärluftsystem hat also einen direkten Einfluss auf die Emissionswerte. Druckpulsationen, die von dem pulsierenden Ausstoß von Abgasen aus einem Zylinder der Brennkraftmaschine in das Sekundärluftsystem rückwirken, führen zu Schwankungen des Drucks in dem Sekundärluftsystem. Diese Schwankungen können von dem Luftdrucksensor in dem Sekundärluftsystem detektiert werden. Falls das Ventil auf fehlerhafte Weise gar nicht oder nur teilweise öffnet, dann werden die Druckpulsationen in dem Sekundärluftsystem entsprechend reduziert sein.
In dem zweiten Betriebszustand, bei dem die Luftpumpe läuft und das Ventil geschlossen ist, kann überprüft werden, ob das Ventil tatsächlich schließt oder ob es auf fehlerhafte Weise insbesondere in seiner Öffnungsposition klemmt.
In dem dritten Betriebszustand, bei dem die Luftpumpe deaktiviert ist und das Ventil geschlossen ist, kann überprüft werden, ob sich die Luftpumpe tatsächlich abgeschaltet hat.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems ein Überprüfen auf, ob bei Übergängen zwischen verschiedenen Betriebszuständen des Sekundärluftsystems Änderungen des Formfaktors auftreten.
Bei einem fehlerfreien Betrieb sollte sich mit jeder Änderung des Betriebszustandes eine Änderung und insbesondere eine sprunghafte Änderung des Formfaktors ergeben. Falls derartige (sprunghafte) Änderungen nicht auftreten, dann kann davon ausgegangen werden, dass das Sekundärluftsystem einen Fehler aufweist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Änderungen des Formfaktors kurzfristige Peaks in dem zeitlichen Verlauf des Formfaktors. Ferner ist jeder Änderung des Betriebszustands des Sekundärluftsystems ein definierter Schwellwert zugeordnet ist, welcher bei einem fehlerfreien Sekundärluftsystem von dem betreffenden Peak in dem zeitlichen Verlauf des Formfaktors überschritten wird.
Ein erster Schwellwert kann beispielsweise dazu verwendet werden, beim Übergang in den ersten Betriebszustand, d.h. bei einer Aktivierung des Sekundärluftsystems, zu entscheiden, ob die Luftpumpe nach einer entsprechenden Ansteuerung tatsächlich startet. Nur wenn dieser erste Schwellwert überschritten wird, kann davon ausgegangen werden, dass die Luftpumpe tatsächlich in Betrieb gegangen ist.
Ein zweiter Schwellwert, welcher dem ersten Betriebszustand zugeordnet ist, kann der Diagnose dienen, ob das Ventil sich tatsächlich geöffnet hat. Bei einem korrekt funktionierenden Sekundärluftsystem muss sich in der ganzen Zeitspanne, während welcher der erste Betriebszustandes vorliegt, der Formfaktor oberhalb dieses zweiten Schwellwerts liegen. Ferner soll nach einem Schließen des Ventils, d.h. bei einem Übergang von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand, der Formfaktor wieder einen Wert annehmen, welcher kleiner ist als dieser zweite Schwellwert. Falls dem nicht so ist, dann kann davon ausgegangen werden, dass sich das Ventil auf fehlerhafte Weise nicht geschlossen hat.
Ein dritter Schwellwert, welcher dem Übergang von dem zweiten Betriebszustand in den dritten Betriebszustand zugeordnet ist, dient der Erkennung eines Fehlers der Luftpumpe. Wenn der entsprechende Peak beim Übergang von dem zweiten Betriebszustand in den dritten Betriebszustand ausbleibt oder kleiner ist als der dritte Schwellwert, dann liegt zumindest mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ein Pumpenfehler vor, bei dem die Luftpumpe auf fehlerhafte Weise nicht abschaltet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die zumindest eine Größe, welche den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisiert und welche zum Modellieren des zeitlichen Verlaufs der Modell-Signalleistung verwendet wird, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus (a) dem Luftdruck der Umgebung der Brennkraftmaschine, (b) der Temperatur der Umgebung der Brennkraftmaschine, (c) der Batteriespannung einer Batterie der Brennkraftmaschine, (d) der aktuellen Drehzahl der Brennkraftmaschine und (e) dem aktuellen Luftdurchsatz der Brennkraftmaschine.
Bevorzugt werden entsprechende Werte für diese physikalischen Parameter der Brennkraftmaschine einfach multipliziert, was bedeutet, dass die modellierte Modell-Signalleistung umso höher ist, je größer die einzelnen für diese Multiplikation verwendeten Werte sind.
Optional kann nach einer entsprechenden Multiplikation noch eine Filterung vorgenommen werden, mittels welcher hochfrequente Variationen des Ergebnisses der Multiplikation geglättet werden. Damit wird eine hohe Stabilität des beschriebenen Diagnoseverfahrens gewährleistet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Leistungsfaktor durch das Verhältnis zwischen der ermittelten Signalleistung und der modellierten Modell-Signalleistung gegeben. Dies bedeutet, dass für den Fall, dass die ermittelte (tatsächliche) Signalleistung und die modellierte Modell- Signalleistung gleich ist, der beschriebene Leistungsfaktor gleich Eins ist. Falls die ermittelte (tatsächliche) Signalleistung größer ist als die modellierte Modell-Signalleistung, dann ist der Leistungsfaktor größer als Eins. In entsprechender Weise ist der Leistungsfaktor kleiner als Eins, falls die ermittelte (tatsächliche) Signalleistung kleiner ist als die modellierte Modell-Signalleistung.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird bei der Diagnose der Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems ausschließlich der zeitliche Verlauf des Leistungsfaktors während des ersten Betriebszustands herangezogen.
Dies hat den Vorteil, dass der Leistungsfaktur bzw. der zeitliche Verlauf des Leistungsfaktors nur dann berechnet werden muss, wenn sich das Sekundärluftsystem in dem ersten Betriebszustand befindet (Luftpumpe ist angeschaltet an und das Ventil ist geöffnet).
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems ein Diagnostizieren auf, ob eine Leckage oder eine Blockade in dem Sekundärluftsystem vorliegt, basierend auf dem zeitlichen Verlauf des Leistungsfaktors.
Insbesondere kann davon ausgegangen werden, dass, falls der Leistungsfaktor größer als eine obere Schwelle ist (beispielsweise 1,1), eine Blockade des Ventils vorliegt (das Ventil hat sich nicht geöffnet). Falls der Leistungsfaktor kleiner als eine unter Schwelle ist (beispielsweise 0,9), dann kann davon ausgegangen werden, dass in dem Sekundärluftsystem eine Leckage vorliegt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zum Diagnostizieren, ob eine Leckage oder eine Blockade in dem Sekundärluftsystem vorliegt, lediglich der Wert des Leistungsfaktors in einem Zeitfenster während des ersten Betriebszustands verwendet, welches Zeitfenster erst nach einer vorgegebenen Verzögerung nach dem Eintritt des Sekundärluftsystems in den ersten Betriebszustand beginnt.
Der Beginn des beschriebenen Zeitfensters kann beispielsweise von einem Timer bestimmt werden, welcher beim Eintritt in den ersten Betriebszustand startet und welcher erst nach der vorgegebenen Verzögerung dafür sorgt, dass die Auswertung des Leistungsfaktors beginnt.
Die Verwendung eines im Vergleich zu der Zeitdauer des ersten Betriebszustands um die Verzögerung verkürzten und später beginnenden Zeitfensters hat den Vorteil, dass der Leistungsfaktor während eines Druckaufbaus, der nach dem Starten der Luftpumpe und dem Öffnen des Ventils stattfindet, noch nicht für eine Fehlerdiagnose herangezogen wird. Erst wenn sich nach einer gewissen Zeit nach dem Beginn des ersten Betriebszustandes in dem ersten Betriebszustand eine gewisse Stabilität (des Drucks in dem Sekundärluftsystem) eingestellt hat, können basierend auf dem Leistungsfaktor belastbare Aussagen betreffend des Vorhandenseins einer Leckage und/oder einer Blockade getroffen werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems ein Auswerten einer Fehlermatrix auf, wobei abhängig von einer Kombination von verschiedenen Vorbehaltsfehlern, die basierend auf dem zeitlichen Verlauf des Formfaktors und/oder des zeitlichen Verlaufs des Leistungsfaktors ermittelt werden, ein endgültiger Fehlerzustand des Sekundärluftsystems bestimmt wird.
In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff "Vorbehaltsfehler" eine Information zu verstehen, welche darauf hindeutet aber noch nicht eindeutig festlegt, dass ein bestimmter Fehlerzustand des Sekundärluftsystems vorliegt. Endgültige Fehlerzustände können beispielsweise sein: (A) Die Luftpumpe startet nach der Ansteuerung nicht, (B) die Luftpumpe läuft trotz einer Abschaltung weiter, (C) das Ventil öffnet nach einer entsprechenden Ansteuerung nicht, (D) das Ventil klemmt in seiner geöffneten Position, und (E) es liegt eine Leckage oder einer Blockade in dem Sekundärluftsystem vor.
Es wird darauf hingewiesen, dass bevorzugt in der Fehlermatrix eine gewisse Kombination von zumindest einem Vorbehaltsfehler eine eindeutige Bestimmung des endgültigen Fehlerzustands ermöglicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems einer Brennkraftmaschine beschrieben, welches eine Luftpumpe, einen Luftdrucksensor und ein Ventil aufweist, mittels welchem das Sekundärluftsystem mit einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine verbindbar ist. Die beschriebene Vorrichtung ist eingerichtet, das Sekundärluftsystem in einem ersten Betriebszustand, in einem zweiten Betriebszustand und in einem dritten Betriebszustand zu betreiben. Die beschriebene Vorrichtung weist auf (a) eine Empfangseinrichtung zum Empfangen eines Drucksignals von dem Luftdrucksensor, wobei der zeitliche Verlauf des Drucksignals für den zeitlichen Verlauf des Drucks in dem Sekundärluftsystem indikativ ist, und (b) eine Datenverarbeitungseinrichtung zum (b1) Berechnen des zeitlichen Verlaufs eines Formfaktors basierend auf dem zeitlichen Verlauf des empfangenen Drucksignals, (b2) Ermitteln des zeitlichen Verlaufs einer Signalleistung basierend auf dem zeitlichen Verlauf des empfangenen Drucksignals, (b3) Modellieren des zeitlichen Verlaufs einer Modell-Signalleistung basierend auf zumindest einer Größe, welche den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisiert, (b4) Berechnen des zeitlichen Verlaufs eines Leistungsfaktors basierend auf der ermittelten Signalleistung und auf der modellierten Modell-Signalleistung und (b5) Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems basierend auf dem zeitlichen Verlauf des Formfaktors und dem zeitlichen Verlauf des Leistungsfaktors.
Auch der beschriebenen Diagnosevorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei Verwendung eines Formfaktors und eines Leistungsfaktors, welche beide basierend auf dem zeitlichen Verlauf des Drucks in dem Sekundärluftsystem errechnet werden, eine umfangreiche Systemdiagnose in Hinblick auf unterschiedliche mögliche Fehler des Sekundärluftsystems während des normalen Systembetriebs und insbesondere unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine durchgeführt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für einen Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Die beschriebene Motorsteuerung weist eine Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art zum Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems der Brennkraftmaschine auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm zum Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems einer Brennkraftmaschine beschrieben. Das beschriebene Computerprogramm ist, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens zum Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems einer Brennkraftmaschine eingerichtet.
Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Programm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen.
Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blue-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher / Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer herunter geladen werden kann.
Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Brennkraftmaschine mit einem Sekundärluftsystem.
2 illustriert anhand eines Blockdiagramms die Diagnose der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems einer Brennkraftmaschine anhand von zwei Qualitätsfaktoren, einen Formfaktor und einen Leistungsfaktor.
3 zeigt anhand eines Ablaufdiagramms die in diesem Dokument beschrieben Diagnose der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems einer Brennkraftmaschine.
4 zeigt den zeitlichen Verlauf des Formfaktors während des sequentiellen Betriebs des Sekundärluftsystems mit drei verschiedenen Betriebszuständen.
5 illustriert eine mögliche Modellierung der Modell-Signalleistung des Luftdrucksensors.
6 zeigt während des ersten Betriebszustandes den zeitlichen Verlauf der ermittelten tatsächlichen Signalleistung und der modellierten Modell-Signalleistung (oben) und den zeitlichen Verlauf des Leistungsfaktors (unten).
7 zeigt während der drei Betriebszustände den zeitlichen Verlauf des Drucksignals(oben) und den zeitlichen Verlauf des Formfaktors (unten) bei einem fehlerfreien Sekundärluftsystem.
8 zeigt während des ersten Betriebszustandes das Unterschreiten des Leistungsfaktors einer minimalen Schwelle und eine entsprechenden Ausgabe eines Vorbehaltsfehlers betreffend eine Leckage.
9 zeigt während des ersten Betriebszustandes das Überschreiten des Leistungsfaktors einer maximalen Schwelle und eine entsprechenden Ausgabe eines Vorbehaltsfehlers betreffend eine Leckage.
10 zeigt für einen ersten Fehlerfall, bei dem das Ventil in seiner Öffnungsposition klemmt, den zeitlichen Verlauf des Drucksignals und den zeitlichen Verlauf des Formfaktors sowie die Ausgabe eines entsprechenden Vorbehaltsfehlers.
11 zeigt für einen zweiten Fehlerfall, bei dem sich das Ventil nicht öffnet, den zeitlichen Verlauf des Drucksignals und den zeitlichen Verlauf des Formfaktors sowie die Ausgabe eines entsprechenden Vorbehaltsfehlers.
12 zeigt für einen dritten Fehlerfall, bei dem die Luftpumpe trotz Deaktivierung weiter läuft, den zeitlichen Verlauf des Drucksignals und den zeitlichen Verlauf des Formfaktors sowie die Ausgabe eines entsprechenden Vorbehaltsfehlers.
13 zeigt für einen vierten Fehlerfall, bei dem die Luftpumpe trotz Aktivierung nicht startet, den zeitlichen Verlauf des Drucksignals und den zeitlichen Verlauf des Formfaktors sowie die Ausgabe von entsprechenden Vorbehaltsfehlern.
14 zeigt für einen fünften Fehlerfall, bei dem das Sekundärluftsystem eine große Leckage aufweist, den zeitlichen Verlauf des Drucksignals, die zeitlichen Verläufe von ermittelter Signalleistung und modellierter Modell-Signalleistung, den zeitlichen Verlauf des Leistungsfaktors sowie die Ausgabe eines entsprechenden Vorbehaltsfehlers.
Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit anderen Bezugszeichen versehen sind, welche sich lediglich in ihrer ersten Ziffer von dem Bezugszeichen eines (funktional) entsprechenden Merkmals oder einer (funktional) entsprechenden Komponente unterscheiden. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
1 zeigt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Darstellung eine Brennkraftmaschine 100 mit einem Sekundärluftsystem 120. Die Brennkraftmaschine 100 weist ein Primärluftsystem 102 auf, über welches die zur Kraftstoffverbrennung in den Zylindern eines Motorblocks 104 erforderliche Luft zugeführt wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist ein Kraftstoffzuführungssystem in 1 nicht dargestellt. Die aus den Zylindern der Brennkraftmaschine 100 abgeführten Abgase werden in einem Abgastrakt 106 gesammelt. In dem Abgastrakt 106 befindet sich in bekannter Weise ein Abgaskatalysator 108 und eine Lambdasonde 110.
Das Sekundärluftsystem 120, dessen Betrieb von einer elektronischen Steuereinheit 130 gesteuert wird, weist eine Luftpumpe 122, einen Drucksensor 124 und ein Ventil 126 auf. Bei aktivierter Luftpumpe 122 und geöffnetem Ventil kann dem Abgastrakt 106 über eine Leitung 128 Frischluft zugeführt werden, welche dafür sorgt, dass insbesondere in einer Startphase des Brennkraftmaschine 100 nicht verbrannter Kraftstoff, welcher in den Abgastrakt 106 gelangt ist, verbrennt oder oxidiert, so dass sich der Abgaskatalysator 108 schneller auf seine Betriebstemperatur aufheizt.
Es wird darauf hingewiesen, dass im Gegensatz zu bekannten Sekundärluftsystemen hier keine Signalleitung zwischen der elektronischen Steuereinheit 130 und der Lambdasonde 110 erforderlich ist. Allerdings kann eine in 1 nicht dargestellte Signalverbindung zwischen Lambdasonde 110 und elektronischen Steuereinheit 130 in bekannter Weise für eine Lambda-Regelung der Verbrennung in der Brennkraftmaschine 100 erforderlich sein.
2 illustriert anhand eines Blockdiagramms die Diagnose der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems einer Brennkraftmaschine anhand von zwei Qualitätsfaktoren. Das Ziel der hier beschriebenen Diagnose besteht darin, eine Funktionsstörung in der Pumpe 122, in dem Ventil 126 oder eine Undichtigkeit in der Leitung 128 zu erkennen. Die Diagnose findet während des Betriebes des Sekundärluftsystems statt.
Mit dem Bezugszeichen 124 ist erneut der Drucksensor bezeichnet, welcher bereits in 1 dargestellt ist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel liefert dieser Drucksensor 124 ein Spannungssignal, welches für den aktuellen Luftdruck in dem Sekundärluftsystem 120 indikativ ist. Das Spannungssignal des Drucksensors 124 wird während des Systembetriebes äquidistant abgetastet.
Wie aus 2 ersichtlich, werden Spannungswerte dieses Spannungssignals gleichzeitig zwei Blöcken 231 und 232 zugeführt. In dem Block 231 wird der zeitliche Mittelwert dieser Spannungswerte nach der folgenden Gleichung (1) berechnet.
Dabei sind x(k) die einzelnen Spannungswerte und N ist die Anzahl der Spannungswerte, über die gemittelt wird. Der Index k stellt die Länge eines entsprechenden Datenpuffers dar.
In dem Block 232 wird die Signalleistung des Spannungssignals von dem Drucksensors 124 berechnet. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht dies mit folgender Gleichung (2):
Die Signalleistung Ps(k) wird dann einem Block 233 zugeführt, in dem der Effektivwert der Signalleistung Ps(k) nach der folgenden Gleichung (3) berechnet wird: RMS(k) = √Ps(k) (3)
Wie aus 2 ersichtlich, wird der Formfaktor FF basierend auf dem Wert RMS(k) und ARV(k) berechnet. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht dies mit folgender Gleichung (4): FF(K) = RMS(k) / ARV(k) (4)
Die Berechnung des Formfaktors FF läuft kontinuierlich während der gesamten Aktivierung des Sekundärluftsystems ab. Der Formfaktor FF gibt das Verhältnis des Effektivwertes RMS der Signalleistung Ps zum dem Gleichrichtwert ARV an. Der Effektivwert oder RMS (Englisch: root mean square) ist der leistungswirksame Wert eines periodischen Signals. Mathematisch ist der Effektivwert die Quadratwurzel aus dem Mittelwert der quadrierten Funktionswerte des betreffenden Signals über einer Periode. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Berechnung des Formfaktors FF aus dem Verhältnis des Effektivwertes RMS(k) zum Gleichrichtwert ARV(k), welcher hier des sog. gleitende Mittelwert des Drucksignals x(k) ist.
Wie ferner aus 2 ersichtlich, wird in einem Block 236 eine Modell-Signalleistung Pm der Signalleistung des Drucksensors modelliert. Das Modellieren dieser Modell-Signalleistung Pm wird nachfolgend anhand von 5 noch genauer erläutert.
Basierend auf der in dem Block 232 ermittelten Signalleistung und der in dem Block 236 modellierten Modell-Signalleistung wird in einem Block 237 ein Leistungsfaktor PF berechnet. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich dieser Leistungsfaktor PF, wie in Gleichung (5) angegeben, aus dem Quotienten dieser beiden Leistungen. PF(k) = Ps(k) / Pm(k) (5)
In einem Block 239 wird dann basierend auf den zeitlichen Verläufen der beiden Qualitätsfaktoren (des Formfaktors FF(k) und das Leistungsfaktors (PF(k)) ein Fehler detektiert. Dieser Fehler wird mittels einer Fehlerausgabe 229a ausgegeben.
Es wird darauf hingewiesen, dass für die beschriebene Diagnosestrategie eine sequentielle Ansteuerung der Systemkomponenten des Sekundärluftsystems benötigt wird. Bei dieser sequentiellen Ansteuerung werden, wie nachfolgend aus 3 ersichtlich, bei einem funktionierenden Sekundärluftsystem verschiedene Betriebszustände angefahren.
Anschaulich ausgedrückt erfolgt in dem Block 239 während jeder einzelnen Phase der Ansteuerung der einzelnen Systemkomponenten eine Analyse der Qualitätsfaktoren FF und PF. Die Ergebnisse dieser Analyse werden mit der Hilfe von temporären Größen (Vorbehaltsfehlern) zwischengespeichert. Nach einer Deaktivierung des Sekundärluftsystems werden diese Vorbehaltsfehler dann ausgewertet und evtl. entsprechende Fehler der einzelnen Systemkomponenten ausgegeben.
3 zeigt anhand eines Ablaufdiagramms 240 die in diesem Dokument beschriebene Diagnose der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems einer Brennkraftmaschine.
Nachdem alle Voraussetzungen für eine Aktivierung des Sekundärluftsystems gegeben sind, wird die Systemdiagnose in einem Schritt 241 gestartet. Gleichzeitig startet die kontinuierliche Berechnung des Formfaktors FF. In einem nachfolgenden Schritt 242 wird die Luftpumpe (Englisch: Secondary Air Pump) angeschaltet. Nach einer gewissen ersten Verzögerung (Englisch: Delay 1) wird das Ventil (Englisch: Secondary Air Valve) in einem Schritt 243 geöffnet. Damit ist die Sekundärlufteinblasung (Phase 244) gestartet und das Sekundärluftsystem hat einen direkten Einfluss auf die Emissionswerte der Brennkraftmaschine. In dieser Phase 244 wird auch der Leistungsfaktor PF berechnet. Gleichzeitig werden die zeitlichen Verläufe des Formfaktors FF und des Leistungsfaktors PF beobachtet und eine Fehleranalyse durchgeführt. Dies geschieht in dem Block 239 von 2. Wenn die Bedingung für einen Fehler erfüllt ist, dann wird ein temporärer Fehler (Vorbehaltsfehler) in einem dafür vorgesehenen Speicher vorgemerkt.
Wenn eine maximale Zeit für eine Einblassung von Sekundärluft abgelaufen ist, dann wird in einem Schritt 245 das Ventil geschlossen. Gleichzeitig endet die Berechnung des Leistungsfaktors PF. Der Formfaktor FF wird aber weiterhin berechnet.
Nach einer zweiten Verzögerung (Englisch: Delay 2) wird die Luftpumpe in einem Schritt 246 ausgeschalten. In dem Block 239 wird aber weiterhin der Formfaktor FF analysiert und in dem Fall einer Fehlererkennung wird ein Vorbehaltsfehler vorgemerkt.
Nach einer dritten Verzögerung (Englisch: Delay 3) wird auch die Berechnung des Formfaktors FF gestoppt. Anschließend startet eine Auswertungsphase 247, in der die Vorbehaltsfehler ausgewertet werden.
Bei dem hier beschriebenen Ablauf werden folgende Betriebszustände des Sekundärluftsystems sequentiell durchlaufen:

(a) Nach dem Schritt 243 und während der Phase 244 liegt ein erster Betriebszustand vor, bei dem die Luftpumpe in Betrieb ist und das Ventil geöffnet ist.
(b) Nach dem Schritt 245 und während der zweiten Verzögerung (Delay 2) liegt ein zweiter Betriebszustand vor, bei dem die Luftpumpe in Betrieb ist und das Ventil geschlossen ist.
(c) Nach dem Schritt 246 und während der dritten Verzögerung (Delay 3) liegt ein dritter Betriebszustand vor, bei dem die Luftpumpe außer Betrieb ist und das Ventil geschlossen ist.

In dem ersten Betriebszustand führen die Sekundärlufteinblasung mittels der Luftpumpe und der oszillierende Motorgegendruck zu einem turbulenten Durchfluss in dem Sekundärluftsystem, was sich als ein periodisches Signal am Drucksensor zeigt. Für periodische Signale ist, wie vorstehend beschrieben, der Formfaktor FF > 1. Ferner reagiert der Formfaktor FF auf jede Signaländerung.
4 zeigt den zeitlichen Verlauf des Formfaktors FF während des sequentiellen Betriebs des Sekundärluftsystems mit den drei vorstehend genannten Betriebszuständen. Bei einer Aktivierung und einer Deaktivierung der Komponenten Luftpumpe und Ventil wird sich der von dem Drucksensor gemessene Luftdruck ändern. Daher nimmt der Formfaktor FF, wie aus 4 ersichtlich, beim Einschalten der Luftpumpe (siehe unteres Diagramm), beim Öffnen des Ventils (siehe mittleres Diagramm), beim Schließen des Ventils (siehe mittleres Diagramm) und beim Ausschalten der Luftpumpe (siehe unteres Diagramm) einen Wert deutlich größer als Eins an. Beim Anschalten und beim Abschalten der Luftpumpe zeigt der Formfaktor FF einen kurzen Peak. Zwischen dem Öffnen und dem Schließen des Ventils bleibt infolge der vorstehend beschriebene Druckpulsationen der Formfaktor FF auf seinem hohen Niveau.
Nachfolgend wird die Berechnung des Leistungsfaktors PF genauer erläutert, anhand dessen eine Leckage oder eine Blockade des Sekundärluftsystems festgestellt werden können. Wie bereits vorstehend beschrieben, erfolgt die Berechnung des Leistungsfaktors PF lediglich in der sog. Einblasphase (= erster Betriebszustand; Luftpumpe an und Ventil geöffnet). Der Leistungsfaktor PF wird deshalb als der Leistungsfaktor in der Einblasphase definiert. Anschaulich ausgedrückt ist der Leistungsfaktor, wie in Gleichung (5) angegeben, durch das Verhältnis zwischen der ermittelten Signalleistung (Drucksignalleistung) von dem Drucksensor und der modellierten Modell-Signalleistung (Modell-Drucksignalleistung) gegeben.
5 illustriert eine mögliche Modellierung der Modell-Signalleistung des Luftdrucksensors. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Modell-Signalleistung abhängig von dem atmosphärischen Druck (ATM), der Batteriespannung (VB), der Außentemperatur (TAM), der Motordrehzahl (N) und dem Luftdurchsatz (MAF) der Brennkraftmaschine. Die Werte aller dieser physikalischen Größen werden gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel miteinander multipliziert und das Multiplikationsergebnis wird zum Zwecke einer Glättung der modellierten Modell-Signalleistung in einem Filter (FIL) gefiltert. Das Ausgabesignal des in 5 dargestellten Blockdiagramms ist die (geglättete) Modell-Signalleistung Pm.
Anschaulich ausgedrückt wird mit dem Blockdiagramm bzw. dem Modell von 5 die physikalische Abhängigkeit zwischen der Modell-Signalleistung Pm und den verschiedenen Eingangsgrößen beschrieben. Wenn die Signalleistung des gemessenen Drucksignals und die modellierte Modell-Signalleistung gleich sind, dann ist der Leistungsfaktor PF gleich eins.
6 zeigt während des ersten Betriebszustandes den zeitlichen Verlauf der ermittelten tatsächlichen Signalleistung Ps und der modellierten Modell-Signalleistung Pm (oben) und den zeitlichen Verlauf des Leistungsfaktors (unten). Erst wenn sich nach dem Eintritt in den zweiten Betriebszustand die Druckverhältnisse stabilisiert haben, dann wird der Leistungsfaktor PF gleich Eins.
7 zeigt während der drei Betriebszustände den zeitlichen Verlauf des Drucksignals (oben) und den zeitlichen Verlauf des Formfaktors (unten) bei einem fehlerfreien Sekundärluftsystem.
Sobald der erste Betriebszustand (1.BZ; Luftpumpe ist an und das Ventil ist geöffnet) eingenommen wird, ergibt sich infolge der Druckpulsationen im Abgastrakt auch ein stark schwankender Druck in dem Sekundärluftsystem. Wie bereits vorstehend beschrieben, zeigt zum Beginn des ersten Betriebszustands der Formfaktor einen kurzen Peak. Unmittelbar danach wird der Formfaktor auf einem relativ hohen Niveau schwanken. Am Übergang von dem ersten Betriebszustand (1.BZ) zu dem zweiten Betriebszustand (2.BZ) (Luftpumpe ist in Betrieb und das Ventil ist geschlossen) ergibt sich erneut ein starker Peak in dem Verlauf des Formfaktors FF. In dem zweiten Betriebszustand stellt sich infolge des fehlenden Abflusses von Sekundärluft ein erhöhter Druck ein, der jedoch weitgehend konstant ist. Demzufolge ist der Formfaktor in dem zweiten Betriebszustand sehr klein und nahe bei dem Wert eins. Beim Übergang in den dritten Betriebszustand (3.BZ; die Luftpumpe ist außer Betrieb und das Ventil ist geschlossen) ergibt sich erneut ein (relativ schwacher) Peak in dem Verlauf des Formfaktors.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel funktioniert die Strategie zur Fehleranalyse (in dem Block 239 von 2) wie folgt: Es werden drei Schwellen L1, L2, L3 für die Fehlererkennung definiert.
Die erste Schwelle L1 ist definiert für eine Detektion ob die Luftpumpe nach der Ansteuerung auch tatsächlich startet. Nach der Aktivierung der Luftpumpe muss sich der Formfaktor FF oberhalb der Schwelle L1 in einem bestimmten Zeitfenster befinden. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist wird davon ausgegangen, dass die Luftpumpe nicht gestartet ist und es wird ein Vorbehaltsfehler E_sap_on für die Luftpumpe hinterlegt.
Die zweite Schwelle L2 ist definiert für die Ventildiagnose. Nach der Ventilöffnung muss sich bei einem fehlerfreien System der Formfaktor FF oberhalb dieser Schwelle L2 in dem gesamten Zeitfenster des ersten Betriebszustandes befinden. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, dann wird davon ausgegangen, dass sich das Ventil nicht geöffnet hat und es wird ein Vorbehaltsfehler E_sav_on für das Ventil hinterlegt.
Nach der Ventilschließung muss sich der Formfaktor FF unterhalb der Schwelle L2 befinden und das so lange bis die Luftpumpe abgeschaltet wird. Wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, dann wird davon ausgegangen, dass sich das Ventil nicht geschlossen hat und es wird ein entsprechender Vorbehaltsfehler E_sav_off für das Ventil hinterlegt.
Die dritte Schwelle L3 ist definiert für eine Erkennung eines Fehlers der Luftpumpe. Bei dem Übergang von dem zweiten Betriebszustand in den dritten Betriebszustand, d.h. die Luftpumpe wird abgeschalten, muss sich bei einem fehlerfreien System der Formfaktor FF für eine kurze Zeitspanne oberhalb der Schwelle L3 befinden. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, dann wird davon ausgegangen, dass die Luftpumpe sich nicht korrekt abschaltet und es wird ein entsprechender Vorbehaltsfehler E_sap_off für die Luftpumpe hinterlegt.
Nachfolgend wird eine Fehlerdetektion anhand des Leistungsfaktors PF beschrieben. Diese Fehlerdetektion läuft ausschließlich während des ersten Betriebszustand (1.BZ).
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden für die Fehlerdetektion zwei Schwellen MAX und MIN gesetzt. Diese können beispielsweise 1,1 bzw. 0,9 sein. Diese beiden Schwellen definieren ein zulässiges Fester für den Leistungsfaktor PF.
Sobald sich der Leistungsfaktor PF außerhalb dieses Fensters befindet, wird ein Zeitzähler hochgezählt. Wenn dieser Zeitzähler einen maximalen Wert für die Fehlererkennung erreicht, dann erst wird ein Vorbehaltsfehler gesetzt. Für eine Überschreitung von MAX wird ein Vorbehaltsfehler Err_1.BZ_max hinterlegt. Für eine Unterschreitung von MIN wird ein Vorbehaltsfehler Err_1.BZ_min hinterlegt.
Diese Strategie ist in der 8 (Unterschreitung von MIN) und in der 9 (Überschreitung von MAX) dargestellt. In 8 ist die ermittelte Signalleistung Ps kleiner als die modellierte Modell-Signalleistung Pm. Daher kann nach dem Hochlaufen des Zeitzählers der Vorbehaltsfehler Err_1.BZ_min hinterlegt werden, welcher auf eine Leckage in dem Sekundärluftsystem hindeutet. In 9 ist die ermittelte Signalleistung Ps größer als die modellierte Modell-Signalleistung Pm. Daher kann nach dem Hochlaufen des Zeitzählers der Vorbehaltsfehler Err_1.BZ_max hinterlegt werden, welcher auf eine Blockade in dem Sekundärluftsystem hindeutet.
Das Hochlaufen des Zeitzählers ist in den 8 und 9 jeweils in dem dritten Diagramm von oben illustriert. Die entsprechende Zeitspanne bis zum vollständigen Hochlaufen des Zeitzählers ist durch die Länge der in diesen Diagrammen gezeigten gestrichelten Linie dargestellt.

In der nachfolgenden Tabelle ist eine Korrekturmatrix dargestellt, welche angibt, wie basierend auf dem hinterlegten Vorbehaltsfehlern auf einen endgültiger Systemfehler einer Komponente des Sekundärluftsystems geschlossen wird.

Vorbehalts-fehler	E_sap_on	E_sap_off	E_sav_on	E_sav_off	Err_1.BZ_min	Err_1.BZ_max	Finaler Fehler
E_sap_on	X	AND	AND		AND		SAP_ON
E_sap_off		X					SAP_OFF
E_sav_on			X			AND	SAV_ON
E_sav_off				X			SAV_OFF
Err_1.BZ_max					OR	X	SYS

Die Vorbehaltsfehler, die in der ersten Spalte und in der ersten Zeile aufgeführt sind, wurden bereits in der vorstehenden Beschreibung erläutert. Die finalen Fehler, die in der letzten Spalte aufgeführt sind, haben folgende Bedeutungen:

SAP_ON:: Die Luftpumpe startet nach der Ansteuerung nicht
SAP_OFF:: Die Luftpumpe läuft nach der Abschaltung weiter
SAV_ON:: Das Ventil öffnet nach der Ansteuerung nicht
SAV_OFF:: Das Ventil klemmt offen
SYS:: Es liegt eine Leckage oder eine Blockade in dem Leckage oder Blockade in dem Sekundärluftsystem vor.

Nachfolgend werden anhand von den 10 bis 13 vier verschiedene Beispiele mit realen Messdaten gezeigt, bei denen jeweils ein bestimmter Fehler aufgetreten ist bzw. künstlich erzeugt worden ist. Diese 10 bis 13 zeigen jeweils in dem obersten Diagramm den gemessenen Druckverlauf und in dem unmittelbar darunter gezeigten Diagramm den zeitlichen Verlauf des Formfaktors. Die untersten vier Diagramme zeigen jeweils das Auftreten der entsprechenden Vorbehaltsfehler. Sofern eines dieser vier unteren Diagramme keine Kurve zeigt, tritt der entsprechende Vorbehaltsfehler nicht auf.
Die Vorbehaltsfehler sowie die Bedeutung des Druckverlaufs und des Verlaufs des Formfaktors wurden bereits vorstehend ausführlich beschrieben. Basierend auf diesen Informationen und den Informationen zu den entsprechenden Fehlern sind die 10 bis 13 für den Fachmann, der die vorstehende Beschreibung der Erfindung studiert hat, aus sich heraus selbstverständlich. Daher wird auf eine ausführliche Beschreibung der 10 bis 13 verzichtet.
10 zeigt einen ersten Fehlerfall, bei dem das Ventil in seiner Öffnungsposition klemmt.
11 zeigt einen zweiten Fehlerfall, bei dem sich das Ventil nicht öffnet.
12 zeigt einen dritten Fehlerfall, bei dem die Luftpumpe trotz Deaktivierung weiter läuft.
13 zeigt einen vierten Fehlerfall, bei dem die Luftpumpe trotz Aktivierung nicht startet.
Nachfolgend wird anhand von 14 der Fehlerfall gezeigt, bei dem das Sekundärluftsystem eine große Leckage aufweist. In dem obersten Diagramm ist der Druckverlauf dargestellt, der sich beim sequentiellen Betreiben des Sekundärluftsystems mit den drei Betriebszuständen einstellt. In dem zweiten Diagramm von oben sind die zeitlichen Verläufe von ermittelter Signalleistung Ps und modellierter Modell-Signalleistung Pm aufgetragen. In dem dritten Diagramm von oben ist der Leistungsfaktor PF aufgetragen. Das unterste Diagramm von 14 zeigt den Vorbehaltsfehler Err_1.BZ_min.
Erst wenn der Zeitzähler, der vorstehend anhand von 8 und 9 erläutert wurde, bis zu seinem vorgegebenen Ende hochgelaufen ist, wird auf den signifikanten Unterschied zwischen der ermittelten Signalleistung Ps und der modellierten Modell-Signalleistung Pm bzw. auf dem Leistungsfaktor PF < MIN reagiert und der Vorbehaltsfehler Err_1.BZ_min ausgegeben, welcher entsprechend der vorstehenden Korrekturmatrix anzeigt, dass entweder ein Leckage oder eine Blockade in dem Sekundärluftsystem vorliegt. Hier ergibt sich aus der Tatsache, dass die ermittelte Signalleistung Ps kleiner ist als die modellierten Modell-Signalleistung Pm, dass es sich um eine Leckage handelt.
Bezugszeichenliste

100: Brennkraftmaschine
102: Primärluftsystem
104: Motorblock
106: Abgastrakt
108: Abgaskatalysator
110: Lambdasonde
120: Sekundärluftsystem
122: Luftpumpe
124: Drucksensor
126: Ventil
128: Leitung
130: elektronische Steuereinheit
231: Berechnen von zeitlichem Mittelwert
232: Ermitteln von Signalleistung
233: Berechnen von Effektivwert
235: Berechnen von Formfaktor
236: Modellieren von Modell-Signalleistung
237: Berechnen von Leistungsfaktor
239: Detektieren von Fehler
239a: Ausgabe von Fehler
240: Ablaufdiagramm
241: Start
242: Anschalten der Luftpumpe
243: Öffnen des Ventil
244: Phase der Aktivierung des Sekundärluftsystems
245: Schließen des Ventils
246: Stoppen der Luftpumpe
247: Phase der Auswertung der Vorbehaltsfehler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007062794 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems (120) einer Brennkraftmaschine (104), welches eine Luftpumpe (122), einen Luftdrucksensor (124) und ein Ventil (126) aufweist, mittels welchem das Sekundärluftsystem (120) mit einem Abgastrakt (106) der Brennkraftmaschine (104) verbindbar ist, das Verfahren aufweisend sequentielles Betreiben des Sekundärluftsystems (120) in einem ersten Betriebszustand, in einem zweiten Betriebszustand und in einem dritten Betriebszustand, wobei während des sequentiellen Betriebs des Sekundärluftsystems (120) folgende Schritte ausgeführt werden: Messen des zeitlichen Verlaufs des Drucks in dem Sekundärluftsystem (120) mit dem Luftdrucksensor (124), Berechnen des zeitlichen Verlaufs eines Formfaktors (FF) basierend auf dem zeitlichen Verlauf eines gemessenen Drucksignals, welches von dem Luftdrucksensor (124) ausgegeben wird, Ermitteln des zeitlichen Verlaufs einer Signalleistung (Ps) basierend auf dem zeitlichen Verlauf des gemessenen Drucksignals, Modellieren des zeitlichen Verlaufs einer Modell-Signalleistung (Pm) basierend auf zumindest einer Größe, welche den Betriebszustand der Brennkraftmaschine (104) charakterisiert, Berechnen des zeitlichen Verlaufs eines Leistungsfaktors (PF) basierend (a) auf der ermittelten Signalleistung (Ps) und (b) auf der modellierten Modell-Signalleistung (Pm), und Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems (120) basierend auf dem zeitlichen Verlauf des Formfaktors (FF) und dem zeitlichen Verlauf des Leistungsfaktors (PF).
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Berechnen des zeitlichen Verlaufs des Formfaktors (FF) aufweist Berechnen des zeitlichen Verlaufs eines zeitlichen Mittelwertes (ARV) des gemessenen Drucksignals und Berechnen des zeitlichen Verlaufs eines Effektivwertes (RMS) der Signalleistung (Ps), wobei sich der zeitliche Verlauf des Formfaktors (FF) aus dem zeitlichen Verlauf des zeitlichen Mittelwertes (ARV) des gemessenen Drucksignals und dem zeitlichen Verlauf des Effektivwertes (RMS) der Signalleistung (Ps) ergibt.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei einem fehlerfreien Sekundärluftsystem (120) in dem ersten Betriebszustand die Luftpumpe (122) in Betrieb ist und das Ventil (126) geöffnet ist, in dem zweiten Betriebszustand die Luftpumpe (122) in Betrieb ist und das Ventil (126) geschlossen ist, und in dem dritten Betriebszustand die Luftpumpe (122) außer Betrieb ist und das Ventil (126) geschlossen ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems (120) aufweist Überprüfen ob bei Übergängen zwischen verschiedenen Betriebszuständen des Sekundärluftsystems (120) Änderungen des Formfaktors (FF) auftreten.
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Änderungen des Formfaktors (FF) kurzfristige Peaks in dem zeitlichen Verlauf des Formfaktors (FF) sind und wobei jeder Änderung des Betriebszustands des Sekundärluftsystems (120) ein definierter Schwellwert (L1, L2, L3) zugeordnet ist, welcher bei einem fehlerfreien Sekundärluftsystem (120) von dem betreffenden Peak in dem zeitlichen Verlauf des Formfaktors (FF) überschritten wird.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Größe, welche den Betriebszustand der Brennkraftmaschine (104) charakterisiert und welche zum Modellieren des zeitlichen Verlaufs der Modell-Signalleistung (Pm) verwendet wird, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus (a) dem Luftdruck der Umgebung der Brennkraftmaschine (104), (b) der Temperatur der Umgebung der Brennkraftmaschine (104), (c) der Batteriespannung einer Batterie der Brennkraftmaschine (104), (d) der aktuellen Drehzahl der Brennkraftmaschine (104) und (e) dem aktuellen Luftdurchsatz der Brennkraftmaschine (104).
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Leistungsfaktor (PF) durch das Verhältnis zwischen der ermittelten Signalleistung (Ps) und der und der modellierten Modell-Signalleistung (Pm) gegeben ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei der Diagnose der Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems (120) ausschließlich der zeitliche Verlauf des Leistungsfaktors (PF) während des ersten Betriebszustands herangezogen wird.
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems (120) aufweist Diagnostizieren, ob eine Leckage oder eine Blockade in dem Sekundärluftsystem (120) vorliegt, basierend auf dem zeitlichen Verlauf des Leistungsfaktors (PF).
Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei zum Diagnostizieren, ob eine Leckage oder eine Blockade in dem Sekundärluftsystem (120) vorliegt, lediglich der Wert des Leistungsfaktors (PF) in einem Zeitfenster während des ersten Betriebszustands verwendet wird, welches Zeitfenster erst nach einer vorgegebenen Verzögerung nach dem Eintritt des Sekundärluftsystems (120) in den ersten Betriebszustand beginnt.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems (120) aufweist Auswerten einer Fehlermatrix, wobei abhängig von einer Kombination von verschiedenen Vorbehaltsfehlern, die basierend auf dem zeitlichen Verlauf des Formfaktors (FF) und/oder des zeitlichen Verlaufs des Leistungsfaktors (PF) ermittelt werden, ein endgültiger Fehlerzustand des Sekundärluftsystems (120) bestimmt wird.
Vorrichtung zum Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems (120) einer Brennkraftmaschine (104), welches eine Luftpumpe (122), einen Luftdrucksensor (124) und ein Ventil (126) aufweist, mittels welchem das Sekundärluftsystem (120) mit einem Abgastrakt (106) der Brennkraftmaschine (104) verbindbar ist, (A) wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, das Sekundärluftsystem (120) in einem ersten Betriebszustand, in einem zweiten Betriebszustand und in einem dritten Betriebszustand zu betreiben, und (B) wobei die Vorrichtung aufweist eine Empfangseinrichtung zum Empfangen eines Drucksignals von dem Luftdrucksensor (124), wobei der zeitliche Verlaufs des Drucksignals für den zeitlichen Verlauf des Drucks in dem Sekundärluftsystem (120) indikativ ist, und eine Datenverarbeitungseinrichtung zum Berechnen des zeitlichen Verlaufs eines Formfaktors (FF) basierend auf dem zeitlichen Verlauf des empfangenen Drucksignals, Ermitteln des zeitlichen Verlaufs einer Signalleistung (Ps) basierend auf dem zeitlichen Verlauf des empfangenen Drucksignals, Modellieren des zeitlichen Verlaufs einer Modell-Signalleistung (Pm) basierend auf zumindest einer Größe, welche den Betriebszustand der Brennkraftmaschine (104) charakterisiert, Berechnen des zeitlichen Verlaufs eines Leistungsfaktors (PF) basierend (a) auf der ermittelten Signalleistung (Ps) und (b) auf der modellierten Modell-Signalleistung (Pm) und Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems (120) basierend auf dem zeitlichen Verlauf des Formfaktors (FF) und dem zeitlichen Verlauf des Leistungsfaktors (PF).
Motorsteuerung für eine Brennkraftmaschine (104) eines Kraftfahrzeuges, die Motorsteuerung aufweisend eine Vorrichtung gemäß dem vorangehenden Anspruch zum Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems (120) der Brennkraftmaschine (104).
Computerprogramm zum Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems (120) einer Brennkraftmaschine (104), wobei das Computerprogramm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 eingerichtet ist.